Ciclo do carbono II: todo esse carbono adicional precisa encontrar um destino específico. Até o momento, as plantas terrestres e o oceano absorveram aproximadamente 55% do carbono excedente introduzido na atmosfera pelas atividades humanas, enquanto cerca de 45% permanecem retidos na atmosfera. A longo prazo, espera-se que a terra e os oceanos absorvam a maior parte do dióxido de carbono extra, embora até 20% possam persistir na atmosfera por muitos milhares de anos.

As mudanças no ciclo do carbono têm impacto em cada reservatório. O acúmulo excessivo de carbono na atmosfera contribui para o aquecimento global, exercendo influência sobre o clima e fomentando o crescimento das plantas terrestres. Por outro lado, o excesso de carbono no oceano tem o efeito de acidificar a água, representando uma ameaça significativa para a vida marinha.

É crucial reconhecer e compreender esses efeitos para lidar com os desafios decorrentes das mudanças climáticas e promover práticas sustentáveis que minimizem os impactos negativos no equilíbrio do ciclo do carbono. O entendimento dessas complexas interações é fundamental para orientar estratégias eficazes de mitigação e adaptação diante das transformações em curso nos padrões climáticos e ambientais.

Atmosfera

É significativo que uma quantidade considerável de dióxido de carbono permaneça na atmosfera, pois o CO₂ desempenha um papel crucial no controle da temperatura da Terra. O dióxido de carbono, juntamente com o metano e os halocarbonos, é um gás de efeito estufa que absorve uma ampla gama de energia, incluindo a energia infravermelha (calor) emitida pela Terra, e subsequentemente a reemite. A energia reemitida viaja em todas as direções, mas parte dela retorna à Terra, aquecendo assim a superfície. Sem gases de efeito estufa, a Terra estaria congelada a -18ºC, enquanto um excesso desses gases faria com que a Terra se assemelhasse a Vênus, onde uma atmosfera estufa mantém temperaturas em torno de 400ºC.

Dado que os cientistas têm conhecimento sobre quais comprimentos de onda de energia cada gás de efeito estufa absorve e a concentração desses gases na atmosfera, eles podem calcular a contribuição de cada gás para o aquecimento do planeta. O dióxido de carbono contribui com cerca de 20% do efeito estufa da Terra, enquanto o vapor d’água representa aproximadamente 50%, e as nuvens, 25%. O restante é causado por pequenas partículas (aerossóis) e gases de efeito estufa menores, como o metano.

As concentrações de vapor de água no ar são controladas pela temperatura da Terra.

Temperaturas mais elevadas resultam em maior evaporação da água dos oceanos, expansão das massas de ar e aumento da umidade. Por outro lado, o resfriamento faz com que o vapor de água se condense, precipitando-se na forma de chuva, granizo ou neve.

Em contrapartida, o dióxido de carbono permanece um gás em uma faixa mais ampla de temperaturas atmosféricas do que a água. As moléculas de dióxido de carbono fornecem o aquecimento inicial do efeito estufa necessário para manter as concentrações de vapor de água. Quando as concentrações de dióxido de carbono diminuem, a Terra esfria, parte do vapor d’água é removida da atmosfera e o aquecimento do efeito estufa causado pelo vapor d’água diminui.

Do mesmo modo, o aumento nas concentrações de dióxido de carbono aquece o ar, aumentando a evaporação do vapor de água na atmosfera, amplificando assim o aquecimento do efeito estufa.

Portanto, embora o dióxido de carbono contribua menos para o efeito estufa global em comparação ao vapor de água, os cientistas concluíram que o dióxido de carbono é o gás que regula a temperatura. Ele controla a quantidade de vapor de água na atmosfera e, portanto, a magnitude do efeito estufa.

O aumento das concentrações de dióxido de carbono já está causando o aquecimento global. Concomitantemente ao aumento dos gases de efeito estufa, as temperaturas médias globais aumentaram 0,8º C desde 1880.

Este aumento de temperatura não representa a totalidade do aquecimento previsto com base nas atuais concentrações de dióxido de carbono. O aquecimento do efeito estufa não ocorre instantaneamente, pois o oceano absorve calor. Isso implica que a temperatura da Terra aumentará pelo menos mais 0,6 ºC devido ao dióxido de carbono já existente na atmosfera. A extensão desse aumento dependerá, em parte, da quantidade adicional de carbono que os humanos liberarão na atmosfera no futuro.

Oceano

Cerca de 30% do dióxido de carbono que as pessoas colocaram na atmosfera difundiu-se no oceano através da troca química direta. A dissolução do dióxido de carbono no oceano cria ácido carbônico, o que aumenta a acidez da água. Ou melhor, um oceano ligeiramente alcalino torna-se um pouco menos alcalino. Desde 1750, o pH da superfície do oceano caiu 0,1, uma mudança de 30% na acidez.

A acidificação dos oceanos afecta os organismos marinhos de duas maneiras. Primeiro, o ácido carbônico reage com os íons carbonato na água para formar bicarbonato. No entanto, esses mesmos íons de carbonato são o que os animais construtores de conchas, como os corais, precisam para criar conchas de carbonato de cálcio. Com menos carbonato disponível, os animais precisam gastar mais energia para construir suas conchas. Com isso, as cascas acabam ficando mais finas e frágeis.

Em segundo lugar, quanto mais ácida for a água, melhor ela dissolve o carbonato de cálcio.

A longo prazo, esta reacção permitirá que o oceano absorva o excesso de dióxido de carbono porque uma água mais ácida dissolverá mais rochas, libertará mais iões de carbonato e aumentará a capacidade do oceano de absorver dióxido de carbono. Entretanto, porém, a água mais ácida irá dissolver as conchas carbonáticas dos organismos marinhos, tornando-os esburacados e fracos.

Oceanos mais quentes – um produto do efeito estufa – também poderiam diminuir a abundância de fitoplâncton, que cresce melhor em águas frias e ricas em nutrientes. Isto poderia limitar a capacidade do oceano de retirar carbono da atmosfera através do rápido ciclo do carbono.

Por outro lado, o dióxido de carbono é essencial para o crescimento das plantas e do fitoplâncton. Um aumento no dióxido de carbono poderia aumentar o crescimento, fertilizando as poucas espécies de fitoplâncton e plantas oceânicas (como ervas marinhas) que retiram dióxido de carbono diretamente da água. No entanto, a maior disponibilidade de dióxido de carbono não ajuda a maioria das espécies.

Terra

As plantas terrestres absorveram aproximadamente 25% do dióxido de carbono que os seres humanos lançaram na atmosfera. A quantidade de carbono que as plantas absorvem varia consideravelmente de ano para ano, mas, de maneira geral, as plantas ao redor do mundo aumentaram a quantidade de dióxido de carbono absorvido desde 1960. Importante notar que apenas uma parte desse aumento está relacionada diretamente às emissões de combustíveis fósseis.

Com mais dióxido de carbono atmosférico disponível para ser convertido em matéria vegetal durante a fotossíntese, as plantas experimentaram um aumento no crescimento, fenômeno conhecido como fertilização com carbono. Modelos indicam que as plantas poderão crescer entre 12 e 76 por cento a mais se o dióxido de carbono atmosférico for duplicado, desde que nenhum outro fator, como a escassez de água, limite seu crescimento. Contudo, ainda não se sabe ao certo quanto o dióxido de carbono está realmente aumentando o crescimento das plantas no mundo real, pois estas requerem mais do que apenas dióxido de carbono para crescer.

Além do dióxido de carbono, as plantas dependem de água, luz solar e nutrientes, especialmente nitrogênio, para o seu desenvolvimento.

A ausência de qualquer desses elementos impede o crescimento, independentemente da abundância dos outros. Existe, portanto, um limite para a quantidade de carbono que as plantas conseguem retirar da atmosfera, sendo esse limite variável de região para região. Até o momento, observa-se que a fertilização com dióxido de carbono amplia o crescimento das plantas até que elas alcancem um limite em relação à quantidade de água ou nitrogênio disponível.

Diversas mudanças na absorção de carbono são decorrentes de decisões relacionadas ao uso da terra. A agricultura, por exemplo, tornou-se mais intensiva, permitindo a produção de mais alimentos em uma área menor. Nas latitudes altas e médias, áreas agrícolas abandonadas estão se transformando em florestas, as quais armazenam significativamente mais carbono, tanto na madeira quanto no solo, em comparação com as culturas.

Em muitas regiões, a prevenção de incêndios florestais impede que o carbono vegetal seja liberado na atmosfera, favorecendo o acúmulo de material lenhoso (que armazena carbono). Todas essas decisões relativas ao uso do solo estão contribuindo para a capacidade das plantas de absorver o carbono liberado pelas atividades humanas, especialmente no Hemisfério Norte.

Nos trópicos, contudo, as florestas estão a ser removidas, frequentemente por meio do fogo, liberando, assim, dióxido de carbono para a atmosfera. Em 2008, o desmatamento foi responsável por cerca de 12% de todas as emissões humanas de dióxido de carbono.

As maiores mudanças no ciclo do carbono terrestre provavelmente ocorrerão devido às mudanças climáticas.

O dióxido de carbono contribui para o aumento das temperaturas, prolongando a estação de crescimento e intensificando a umidade. Ambos esses fatores resultaram em algum crescimento adicional das plantas. No entanto, as temperaturas mais elevadas também exercem estresse nas plantas. Com uma estação de crescimento mais longa e quente, as plantas demandam mais água para sua sobrevivência. Cientistas já observam evidências de que as plantas no Hemisfério Norte reduzem seu crescimento durante os verões devido às temperaturas elevadas e à escassez de água.

Plantas secas e carentes de água também tornam-se mais suscetíveis a incêndios e insetos quando as estações de cultivo se prolongam. Nas regiões mais ao norte, onde o aumento de temperatura impacta de maneira mais significativa, as florestas já estão experimentando mais incêndios, liberando carbono tanto das plantas quanto do solo para a atmosfera. As florestas tropicais também podem tornar-se extremamente vulneráveis à seca. Com a diminuição da disponibilidade de água, as árvores tropicais reduzem seu crescimento e absorvem menos carbono, ou morrem, liberando o carbono armazenado para a atmosfera.

O aquecimento resultante do aumento dos gases de efeito estufa pode também “cozinhar” o solo, acelerando a taxa de liberação de carbono em algumas áreas.

Isso é particularmente preocupante no extremo norte, onde o solo congelado – permafrost – está derretendo. O permafrost contém ricos depósitos de carbono provenientes de matéria vegetal que se acumulou ao longo de milhares de anos devido ao frio que retarda a decomposição. Com o aquecimento do solo, a matéria orgânica se decompõe, liberando carbono na forma de metano e dióxido de carbono para a atmosfera.

Pesquisas atuais estimam que o permafrost no Hemisfério Norte contenha 1.672 mil milhões de toneladas (petagramas) de carbono orgânico. Se apenas 10% desse permafrost descongelasse, poderia liberar dióxido de carbono adicional suficiente para aumentar as temperaturas em mais 0,7°C até 2100.

Estudando o Ciclo do Carbono

Muitas das questões ainda não respondidas pelos cientistas sobre o ciclo do carbono estão centradas nas mudanças que estão ocorrendo. A atmosfera atualmente contém mais carbono do que em qualquer momento nos últimos dois milhões de anos. Cada reservatório do ciclo será afetado à medida que esse carbono percorre seu caminho.

Como serão essas mudanças? À medida que as temperaturas aumentam e as mudanças climáticas se intensificam, o que acontecerá com as plantas? Elas removerão mais carbono da atmosfera do que devolverão? Sua produtividade diminuirá? Quanto de carbono adicional será liberado na atmosfera devido ao derretimento do permafrost e como isso amplificará o aquecimento? As mudanças na circulação ou aquecimento dos oceanos afetarão a taxa de absorção de carbono pelos oceanos? A vida oceânica se tornará menos produtiva? Até que ponto o oceano se acidificará e quais serão os efeitos disso?

O INPE em conjunto com a NASA estão buscando responder a essas perguntas é fornecer observações globais por satélite e dados de campo relacionados.

No início de 2011, dois tipos de instrumentos de satélite estavam coletando informações relevantes para o ciclo do carbono.

Os instrumentos do espectrorradiômetro de imagem de resolução moderada (MODIS), a bordo dos satélites Terra e Aqua da NASA, medem a quantidade de carbono que as plantas e o fitoplâncton convertem em matéria à medida que crescem, uma medida conhecida como produtividade primária líquida. Os sensores MODIS também registram a ocorrência de incêndios e sua localização.

Dois satélites Landsat oferecem uma visão detalhada dos recifes oceânicos, do que cresce na terra e de como a cobertura da terra está mudando. É possível observar o crescimento de uma cidade ou a transformação de florestas em áreas agrícolas. Essas informações são cruciais porque o uso da terra é responsável por um terço de todas as emissões humanas de carbono.

Todas essas medições nos ajudarão a compreender as mudanças ao longo do tempo no ciclo global do carbono, avaliando o impacto humano ao liberar carbono na atmosfera ou buscar formas de armazená-lo em outras áreas. Esses dados também esclarecerão como as mudanças climáticas estão alterando o ciclo do carbono e, por sua vez, como essas alterações afetam o nosso clima.

No entanto, para a maioria de nós, as mudanças no ciclo do carbono terão um impacto mais pessoal.

Esse ciclo está intrinsecamente ligado à comida que consumimos, à eletricidade que usamos em nossas casas, ao combustível em nossos veículos e ao clima sobre nossas cabeças. Somos participantes ativos no ciclo do carbono, e, portanto, nossas escolhas de estilo de vida reverberam por todo o ciclo. Da mesma forma, as mudanças no ciclo do carbono influenciarão diretamente nossas vidas. À medida que cada um de nós compreende nosso papel nesse ciclo, o conhecimento nos capacita a controlar nosso impacto individual e entender as transformações que observamos no mundo ao nosso redor.

Referências:

• https://education.nationalgeographic.org/resource/carbon-cycle/
• https://earthobservatory.nasa.gov/features/CarbonCycle
• https://byjus.com/biology/carbon-cycle/
• https://scied.ucar.edu/learning-zone/earth-system/biogeochemical-cycles

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